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Präsentation
Erfolgsfaktoren für solare Mikrowärmenetze mit saisonaler geothermischer Wärmespeicherung
GEOSOL
präsentiert von Peter Biermayr (TU-Wien, Energy Economics Group),Herr Apfler, Herr Santz (HTL Wiener Neustadt)
unter der Mitwirkung von Gregor Götzl, Julia Weilbold, Anna-Katharina Brüstle (Geologische Bundesanstalt) und
Gerald Stickler (HTL Wiener Neustadt)
Ein Forschungsprojekt im Rahmen desForschungsprogramms “Sparkling Science“,gefördert vom Bundesministerium für Wissenschaftund Forschung
Inhalt
Inhalt der Präsentation:
1. Motivation, Fragestellung und Methode
2. Beispiele für GEOSOL-Fallstudien
3. Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen
Motivation
Untersuchungsleitende These
• Saisonale Wärmespeicherung ist die Schlüsseltechnologie für eine vollsolare Wärmeversorgung im Niedertemperatur-bereich.
Rahmenbedingungen:• wirtschaftlich umsetzbar • ökologisch verträglich• kompatibel mit der Gesellschaft der Zukunft und
dem Haus der Zukunft• Innovationspotenzial für die heimische Wirtschaft
Fragestellung
Das GEOSOL-Modellsystem
Fragestellung
ForschungsfragenAllgemein: •Erfolgsfaktoren für das GEOSOL-Modellsystem?
Drei Hauptziele:
1.Eignung von oberflächennahen geothermischen Speichern (langfristig, dynamisch).
2.Technische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Rahmenbedingungen für das GEOSOL-Modellsystem.
3.Analyse der praktischen Umsetzbarkeit anhand von Fallstudien im Großraum Wiener Neustadt.
Fragestellung
Forschungsfragen - Details
• Welche Gebäudestrukturen kommen in Frage (Qualität, Größe, Dichte, Wärmebedarf, Temperatur)
• Welche geologischen Formationen eignen sich?
• Welche Quellen-/Senkentypen eignen sich?
• Innovationsbedarf bei technischen Komponenten?
• Faktoren für wirtschaftlichen Betrieb?
• Passen die rechtlichen Rahmenbedingungen?
• Ökologische Auswirkungen?
Methoden
Wesentliche Methoden• Analyse internationaler Erfahrungen• Simulation eines Modellsystems (unterirdische und
oberirdische Komponenten, Raster: 1h, Zeitraum 5a • Untersuchung von konkreten Fallstudien
Beiträge der HTL Wr. Neustadt• Ausarbeitung von Fallstudien (Erhebungen,
Berechnungen)• Errichtung einer Projekthomepage • Konzept für ein Feldlabor erneuerbare Energie-
Technologien an der HTL
GEOSOL-Fallstudien
Muggendorf
Gutenstein
Maiersdorf
Ternitz
Raach am Hochgebirge
Wiener Neustadt
Que
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GEOSOL-Fallstudien
Fallstudie Maiersdorf
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Fallstudie Maiersdorf
Kennwerte der Gebäude
Gebäude
Spezifischer Heizwärmebedarf Bezug: Volumen
(kWh/m³a)
Spezifischer Heizwärmebedarf
Bezug: Fläche (kWh/m²a)
Gemeindeamt 20,18 104
Vereinshaus 125,33 420
Kindergarten (Altbau) 20,47 66
Kindergarten (Neubau) 21,90 75
Fallstudie Maiersdorf
Theoretischer Ertrag der Solaranlagen
Gebäude Kollektorfläche(m²)
Kollektorertrag (kWh/a)
Gemeindeamt 160 115 000
Vereinshaus 120 88 500
Kindergarten (Altbau) 67 47 000
Kindergarten (Neubau) 33 23 500
Fallstudie Maiersdorf
GEOSOL-Fallstudien
Fallstudie Muggendorf
Luft
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ieru
ng,
NÖ
-Atla
s
Fallstudie Muggendorf
Wärmebedarf der Gebäude
Gebäude
Spezifischer Heizwärmebedarf Bezug: Volumen
(kWh/m³a)
Spezifischer Heizwärmebedarf
Bezug: Fläche (kWh/m²a)
Altbau 31,14 225
Neubau 22,89 186
Fallstudie Muggendorf
Theoretischer Ertrag der Solaranlagen
Gebäude Kollektorfläche(m²)
Kollektorertrag (kWh/a)
Altbau 157,5 111 790
Schuppen 140 98 718
Fallstudie Muggendorf
Vorläufige Ergebnisse
Wärmespeicherung vs. -entzug
TVL = 70°C / - 2°C, Jahr 1: Wärmespeicherung; Jahr 2: WärmeentzugEinzelsonde!
Wärmespeicherung um Faktor 2.5 > als Wärmeentzug Langfristiger Wärmeentzug (Fernfeld) problematisch! Wärmespeicherung im Jahr 1 bewirkt Leistungs-
erhöhung um 30% bei anschließendem Wärmeentzug gegenüber konventionellen Wärmeentzug
Vorläufige Ergebnisse
Temperaturen im sondennahen Bereich
Wechselbetrieb Wärmespeicherung - Heizen, Simulationsdauer: 5 Jahre Starke Beeinflussung des Untergrundes beschränkt sich auf das direkte Sondenumfeld. In Distanz von 3 Meter Erwärmung des Untergrundes nach 5 Jahren nur ca. 5°C. Sukzessive Aufwärmung des sondennahen Untergrundes infolge des ungenügenden Wärmeentzug
während den Heizphasen.
Vorläufige Ergebnisse
Anordnung von SondenfeldernEinzelsonde
(Ladung u. Entladung)
T
x
T0
Saisonale Welle, Verluste!
x
y
z
x
Verluste nach unten
Verluste nach oben
Nicht wieder-gewinnbar!
Vorläufige Ergebnisse
Anordnung von Sondenfeldern
1 Lade- u. 3 Entladesonden
Optimaler Sondenabstand: Homogener Untergrund? Bodenbeschaffenheit? Grundwasser? Grundwasser mit Strömung?
Vorläufige Ergebnisse
Anordnung von Sondenfeldern
Variable Ladung/Entladung: kurzfristige Schwankungen: alle Sondenlangfristige (saisonale) Überschüsse in den zentralen Sonden!
Vorläufige Erkenntnisse
Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen (1):
• Geeignete Gebäudestrukturen: NT-WVTS aber mit nicht zu geringem Wärmebedarf (Investkosten der Bohrungen).
• Horizontale Erdkollektoren sind für die saisonale Speicherung ungeeignet (Oberflächenverlust 50%).
• Die Beladung des Sondenspeichers ist unproblema-tisch, die Entladung ist die Herausforderung.
• Eine thermische Übersättigung des Bohrlochs bei der Ladung ist nicht feststellbar.
Vorläufige Erkenntnisse
Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen (2):
• Die Speichereffizienz ist bei Einzelsonden gering –Lösung durch Sondenfelder!
• Dadurch Lösungen erst ab kritischem Wärmebedarf (Wirtschaftlichkeit).
• Die Effizienzperformance steigt mit den Betriebsjahren (vgl. sinkt bei reiner Entnahme).
• Geltende rechtliche Bestimmungen (Temperaturen im Boden) werden nur im Nahfeld der Sonde (r=1m) verletzt (Anpassung erforderlich).
Vorläufige Erkenntnisse
Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen (3):
• Die technische Machbarkeit zeichnet sich ab, die Wirtschaftlichkeit der Lösungen muss noch untersucht werden (kurz-, mittel- u. langfristig).
• Erste Ergebnisse aus den Fallstudien sind motivierend.
• Innovationschancen für die österreichische Wirtschaft sind gegeben!
GEOSOL
Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
Kontakt: Dr. Peter Biermayr, TU-Wien, [email protected], 01-58801-370358Informationen im Web: www.sparklingscience.at/de/projekte/405-geosol/ oder www.geosol.at
